淺談GPS RTK在測量中的應(yīng)用

【摘 要】 本文闡述了GPS RTK的工作原理，著重通過工程實(shí)例指出GPS RTK在工程測量中的優(yōu)越性，從而得出幾點(diǎn)體會(huì)。

【關(guān)鍵詞】 GPS RTK 基準(zhǔn)站 流動(dòng)站

Abstract ： The paper mainly discusses the application of GPS RTK in the measurement.

前言

GPS （Global Position System）即為全球定位系統(tǒng)的簡稱。它是一套利用美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行全天侯、全方位的測量定位設(shè)備。經(jīng)過20多年，耗資200多億美元，分三個(gè)階段研制，陸續(xù)投入使用，并于1994年全面建成。GPS主要由空間衛(wèi)星星座，地面監(jiān)控站及用戶設(shè)備三部分組成。

RTK（Real Time Kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。是常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、偽動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，在工程測量中得到廣泛應(yīng)用，極大提高了作業(yè)效率。

1.GPS測量的特點(diǎn)

相對于常規(guī)測量來說，GPS測量主要有以下特點(diǎn)：

1.1測量精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達(dá)1×10-6，在大于1000km的基線上可達(dá)1×10-8。

1.2測站間無需通視。GPS測量不需要測站間相互通視 ，可根據(jù)實(shí)際需要確定點(diǎn)位，使得選點(diǎn)工作更加靈活方便。

1.3觀測時(shí)間短。隨著GPS測量技術(shù)的不斷完善，軟件的不斷更新，在進(jìn)行GPS測量時(shí)，靜態(tài)相對定位每站僅需20min左右，動(dòng)態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。

2.基本方法

RTK作業(yè)是由一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)和一臺(tái)或多臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī)以及電臺(tái)組成。在作業(yè)前，將一些必要的數(shù)據(jù)輸入GPS控制手薄，比如：已知點(diǎn)坐標(biāo)、高程、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)、水準(zhǔn)面擬合參數(shù)等。作業(yè)中，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站保持同時(shí)跟蹤至少4顆以上衛(wèi)星，基準(zhǔn)站不斷地對可見衛(wèi)星進(jìn)行觀測，將接收到的衛(wèi)星信號(hào)通過電臺(tái)發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站將采集到的GPS觀測數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站發(fā)送來的信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖直。M成差分觀測值，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分及平差處理，實(shí)時(shí)得出特定點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

基準(zhǔn)站一般架在已知點(diǎn)上（也可架在未知點(diǎn)上），一般位于測區(qū)中間，視野開闊，周圍無高大的樹木，樓房等建筑物影響，遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁波干擾及大面積水域等。確定基準(zhǔn)站后，流動(dòng)站依次在待定點(diǎn)上觀測，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，基準(zhǔn)站將相關(guān)信息：坐標(biāo)、偽距觀測值、載波相位觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀體等發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站接收該信息后與衛(wèi)星信息進(jìn)行實(shí)時(shí)差分平差處理，實(shí)時(shí)得到流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其觀測精度信息。系流的顯著特點(diǎn)是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)組合而成，其數(shù)據(jù)傳輸由無線數(shù)據(jù)鏈完成，數(shù)據(jù)鏈采用UHF頻段，具有可靠、穩(wěn)定和抗干擾能力的優(yōu)點(diǎn)。

3.工程實(shí)例：

該工程為齊齊哈爾市龍江縣新城區(qū)規(guī)劃測量項(xiàng)目，位于龍江縣城東北方向，測區(qū)范圍東至碾北公路以東1km，西至龍江縣建城區(qū)，南至通齊公路，北至北山水庫。地理位置：北緯47°18′～47°22′，東經(jīng)：123°09′～123°14′。占地面積約為19標(biāo)準(zhǔn)平方公里。該地區(qū)為丘陵地帶，樹木茂盛，地形復(fù)雜，通視條件不好，同時(shí)考慮到工期較緊等因素，作業(yè)手段采用GPS測量。

3.1控制測量

首級(jí)控制施測1個(gè)GPS-E級(jí)網(wǎng)，聯(lián)測了2個(gè)國家等級(jí)三角點(diǎn)：LJ15、LJ35。高程控制點(diǎn)11個(gè)（由四等水準(zhǔn)直接測得）。E級(jí)網(wǎng)由5個(gè)控制點(diǎn)組成。施測時(shí)，由天寶4600GPS接收機(jī)3臺(tái)套，以邊連式布網(wǎng)靜態(tài)觀測。根據(jù)GPS衛(wèi)星頒布及幾何圖形強(qiáng)度，選擇最佳觀測時(shí)段（衛(wèi)星多余4顆， DOP值小于6），基線邊觀測時(shí)間均大于45分鐘。（GPS-E級(jí)網(wǎng)圖圖略）

內(nèi)業(yè)處理由GPS隨機(jī)攜帶軟件進(jìn)行解算。GPS二維網(wǎng)平差精度統(tǒng)計(jì)：

最弱點(diǎn)平面中誤差：

點(diǎn)名 中誤差（m） 中誤差（m） 中誤差（m）

I4 0.0027 0.00190.0427

基線最弱邊相對中誤差：

起點(diǎn)I3---終點(diǎn)I4：

北方向誤差（m）：1398.4313 中誤差（m）：0.0026 東方向誤差（m）：-1941.3623

中誤差（m）0.0019 平距：2392.5922 中誤差（m）：0.0032 相對誤差：1：741533

以上精度指標(biāo)均符合《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》。

在首級(jí)控制的基礎(chǔ)上，我們利用中海達(dá)8200E雙頻GPS接收機(jī)43個(gè)永久埋石圖根點(diǎn)，采用同等精度雙觀測取平均值法。在觀測中，取平面和高程中的誤差均小于±1.0cm進(jìn)行存儲(chǔ)記錄。同時(shí)用常規(guī)手段對首次控制點(diǎn)及部分圖根點(diǎn)進(jìn)行了四等水準(zhǔn)測量。平差后，每公里高差中誤差為±2.15mm，最弱點(diǎn)高程中誤差為±4.01mm。在進(jìn)行RTK控制測量時(shí)，也進(jìn)行了高程測量，兩次RTK高程測量成果高程較差為-3.9cm，最小為0.1cm，觀測值中誤差為±1.38cm，平均值中誤差為±1.1cm。

四等水準(zhǔn)測量與RTK測量的重合點(diǎn)高差較差最大為-4.6cm，最小為-0.2cm，高程較差中誤差為±2.2cm。如果四等水準(zhǔn)網(wǎng)高程中誤差為±2.0cm，RTK高程中誤差也設(shè)為±2.0cm。可求得高程較差理論中誤差為±2.8cm。通過實(shí)際求得數(shù)值小于該數(shù)值，所以RTK高程測量能夠滿足《城市測量規(guī)范》精度要求。

3.2地形測量

如果使用傳統(tǒng)儀器進(jìn)行碎部點(diǎn)采集時(shí)，必須要求站與站之間通視，測站與碎部點(diǎn)通視，而且至少2-3人操作，同時(shí)多次設(shè)站帶來測量誤差的累計(jì)。所以為了提高工作效率和人員限制等，使用RTK進(jìn)行了碎部測量。采用中海達(dá)8200E（1+3）雙頻GPS接收機(jī)，進(jìn)行一人負(fù)責(zé)一片區(qū)域數(shù)據(jù)采集，由于初始化快，不用搬站，單人操作，不受時(shí)間限制，所以進(jìn)行的非常順利采點(diǎn)速度幾乎等于走路速度，充分地發(fā)揮RTK快速高精度定位優(yōu)越性。

4.幾點(diǎn)體會(huì)：

4.1GPS RTK技術(shù)操作簡便、靈活方便、工作狀態(tài)穩(wěn)定。能夠快速準(zhǔn)確測量待定點(diǎn)的坐標(biāo)和高度，而且精度可達(dá)厘米級(jí)。與傳統(tǒng)的測量手段相比，人員少、費(fèi)用低、效率高。

4.2基準(zhǔn)站的架設(shè)非常重要，它直接影響到流動(dòng)站的測量精度及速度，因此避開強(qiáng)磁場及其他客觀因素的干擾。

4.3RTK測量在城市空曠地區(qū)，村鎮(zhèn)不太密集建筑區(qū)、街道上，可在夜間進(jìn)行，比常規(guī)測量方法更具有優(yōu)越性。

4.4在密集城區(qū)，GPS沒有信號(hào)，出現(xiàn)盲區(qū)，影響碎部測量進(jìn)度時(shí)，可利用RTK增補(bǔ)導(dǎo)線點(diǎn)，配合全站儀，也可快速完成外業(yè)，也能達(dá)到縮短工期，節(jié)約成本的目的。

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（作者單位：齊齊哈爾市勘察測繪研究院）